C++ Lambda中非ODR使用的变量为何引用外部变量？如何获取捕获变量类型？

示例代码 #

void foo(int &par) {
    auto l = [par]() {
        decltype(par) x;
    };
}

这段代码无法编译：decltype(par)中的par引用的是foo的参数而非Lambda的捕获变量，因此decltype(par)的结果是引用类型，而引用类型变量必须初始化，最终触发编译错误。

相关C++14标准规则 #

Lambda表达式复合语句内，每个作为被拷贝捕获实体的ODR-use的id表达式，都会被转换为对闭包类型对应无名数据成员的访问。[注：非ODR-use的id表达式引用的是原实体，而非闭包类型的成员。此外，此类id表达式不会触发实体的隐式捕获。——结束注]

所有形如decltype((x))的表达式（其中x是可能带括号的、命名自动存储期实体的id表达式），都会被视为已将x转换为对闭包类型对应数据成员的访问，就如同x是对所指实体的ODR-use一样。

根据这些规则，Lambda内部的变量引用可能指向捕获的变量，也可能指向外围函数的原变量，由此引出以下两个问题：

问题1：为何如此设计？为何不始终使用捕获变量？这种额外的复杂性能带来什么好处？ #

这种设计是为了平衡语义一致性、效率与安全：

• 对于非ODR-use的场景（比如仅用decltype获取类型、或作为常量表达式的一部分），直接引用原实体能避免不必要的捕获开销，同时保持与Lambda外部代码的语义一致——毕竟此时并没有真正使用变量的存储，只是查询类型等属性。
• ODR-use的场景必须访问捕获的成员：Lambda可能在原实体生命周期结束后执行，此时原实体已不存在，必须依赖闭包内保存的拷贝来保证安全。
• 额外的复杂性换来的是灵活性：既保证Lambda延迟执行时的安全性，又在不需要实际访问存储时避免冗余操作，同时维持类型查询等操作的直观性。

问题2：如何在Lambda内部获取捕获变量的类型？ #

有几种可靠的实现方式：

• 方法1：使用decltype((par))
  按照标准规则，带双重括号的decltype((par))会被视为对捕获成员的访问，能直接得到捕获变量的类型：

  void foo(int &par) {
      auto l = [par]() {
          decltype((par)) x = par; // 此时decltype((par))为int，而非int&
      };
  }
  

• 方法2：结合std::decay_t推导
  利用std::decay_t去除可能的引用、cv限定，配合decltype获取捕获变量的本质类型：

  #include <type_traits>
  void foo(int &par) {
      auto l = [par]() {
          using CaptureType = std::decay_t<decltype(par)>;
          CaptureType x; // x的类型为int
      };
  }
  

• 方法3：通过绑定捕获成员推导
  先将par绑定到捕获成员的引用，再通过decltype获取类型：

  void foo(int &par) {
      auto l = [par]() {
          auto& capture_ref = par; // capture_ref绑定到捕获的成员
          using CaptureType = decltype(capture_ref);
          CaptureType x = par;
      };
  }
  

内容的提问来源于stack exchange，提问作者geza